浮球式疏水閥的壁厚超聲檢測(cè)與減薄原因

蔣　波，歐　鵬，喬寶虹，陳　超，楊振珂

(蘇州熱工研究院有限公司， 蘇州 215004)

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浮球式疏水閥的壁厚超聲檢測(cè)與減薄原因

蔣波，歐鵬，喬寶虹，陳超，楊振珂

(蘇州熱工研究院有限公司， 蘇州 215004)

在核電廠熱交換系統(tǒng)中，浮球式疏水閥的閥體腐蝕、泄露會(huì)危及核電廠的安全運(yùn)行。采用微型探頭與常規(guī)探頭結(jié)合使用的壁厚超聲檢測(cè)方案，對(duì)某核電廠在役浮球式疏水閥的壁厚進(jìn)行檢測(cè)，找出了易腐蝕點(diǎn)并計(jì)算出腐蝕速率；最后,進(jìn)行閥體切剖試驗(yàn)，驗(yàn)證了此壁厚檢測(cè)方案的可行性與有效性。

疏水閥；壁厚檢測(cè)；減薄超聲分析

蒸汽是核電廠重要媒介能源，在熱交換過程中，隨著溫度的變化會(huì)產(chǎn)生冷凝水。此冷凝水必須及時(shí)排除，否則將嚴(yán)重影響換熱過程的效率[1-2]。

浮球式疏水閥是一種使用廣泛的蒸汽疏水閥，實(shí)際上就是一種自動(dòng)閥門。它在有冷凝水時(shí)，自動(dòng)打開排出冷凝水，并能夠阻止蒸汽的排出[3]。故要求疏水閥具有良好的耐沖刷損壞性能，能夠長期穩(wěn)定工作，減少故障[4]。

某核電廠的浮球式疏水閥，在服役期間多次出現(xiàn)腐蝕減薄現(xiàn)象，甚至穿孔失效。這些疏水閥均為一體式鑄造，難以對(duì)閥體的減薄狀況進(jìn)行預(yù)防性評(píng)估；通常只能采用切剖的方式對(duì)閥體進(jìn)行破壞性檢查。因此，探索可行的壁厚檢測(cè)方法，研究分析此類疏水閥的易腐蝕點(diǎn)、腐蝕速率，對(duì)保障疏水閥甚至機(jī)組的運(yùn)行安全具有重要意義。筆者提出微型探頭與常規(guī)探頭相結(jié)合使用的壁厚超聲檢測(cè)方案，對(duì)某核電廠的在役浮球式疏水閥的壁厚進(jìn)行了檢測(cè)，找出易腐蝕點(diǎn)并計(jì)算出腐蝕速率。

1　試驗(yàn)試件

選取服役于某核電廠的浮球式疏水閥作為試驗(yàn)對(duì)象。其編號(hào)分別為101PU、102PU、103PU，型號(hào)為DN25,材料均為鑄鋼,投入使用時(shí)間為3 a。

2　測(cè)厚方案

有研究表明[5-6]，對(duì)于壓力容器、閥門等設(shè)備，其汽液相界面、彎頭拐角、正對(duì)流體進(jìn)出口處內(nèi)壁等部位，易受腐蝕和沖蝕，應(yīng)給予重點(diǎn)測(cè)量。因此，根據(jù)疏水閥結(jié)構(gòu)，筆者擬定了21個(gè)測(cè)厚點(diǎn)，布置如圖1所示。為便于比較,表1列出了此型號(hào)新疏水閥部分測(cè)點(diǎn)處的壁厚值(廠家提供)。

圖1　疏水閥測(cè)點(diǎn)布置示意

表1　新疏水閥部分測(cè)點(diǎn)壁厚值　mm

提出微型探頭與常規(guī)平探頭相結(jié)合使用的測(cè)厚方案：測(cè)點(diǎn)曲面弧度較小時(shí)(如測(cè)點(diǎn)5、6)，選用Krautkramer公司的DM4測(cè)厚儀和DA312B16(3 mm)微型探頭；測(cè)點(diǎn)曲面弧度較大時(shí)(如測(cè)點(diǎn)7、8)，選用Olympus公司的45MG測(cè)厚儀和D791-RM(5 MHz) 常規(guī)探頭。這樣,兩種儀器與探頭檢測(cè)時(shí)可形成互補(bǔ)，能提高測(cè)厚數(shù)據(jù)的有效性、準(zhǔn)確性,原因如下：① 使用超聲測(cè)厚儀進(jìn)行厚度測(cè)定時(shí)，待測(cè)部件的晶粒度、內(nèi)應(yīng)力、物相組織、表面狀況、內(nèi)部缺陷等均會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。② 對(duì)于鑄造成型的待測(cè)疏水閥，存在晶粒度不均、粗大的特點(diǎn)；而且閥體表面較粗糙，表面涂層也會(huì)引起測(cè)量誤差[7]。③ 若僅采用微型探頭，其發(fā)射面和接收面較小，容易導(dǎo)致聲波丟失或錯(cuò)誤。④ 若僅采用常規(guī)平探頭，對(duì)于弧度較小的曲面，存在耦合度不高的問題。

3　測(cè)厚結(jié)果與分析

根據(jù)測(cè)厚方案，對(duì)101PU,102PU,103PU浮球式疏水閥進(jìn)行超聲測(cè)厚，測(cè)定結(jié)果見表2。

分析測(cè)厚結(jié)果可知，101PU測(cè)點(diǎn)2～4處減薄明顯，測(cè)點(diǎn)2處壁厚達(dá)最小值2.7 mm，對(duì)比新疏水閥壁厚，減薄值達(dá)5.2 mm，計(jì)算腐蝕速率為1.73 mm/a。102PU測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)4～6處減薄明顯，測(cè)點(diǎn)4處壁厚達(dá)最小值2.8 mm，對(duì)比新疏水閥壁厚，減薄值達(dá)5.5 mm，計(jì)算腐蝕速率為1.84 mm/a。103PU測(cè)點(diǎn)1～6處減薄明顯，測(cè)點(diǎn)2處壁厚達(dá)最小值2.8 mm，對(duì)比新疏水閥壁厚，減薄值達(dá)5.1 mm，計(jì)算腐蝕速率為1.7 mm/a。

表2　在役疏水閥各測(cè)點(diǎn)的測(cè)厚結(jié)果　mm

綜合上述101PU,102PU,103PU的壁厚減薄情況可知，此類疏水閥在閥體凸臺(tái)靠近出口處的測(cè)點(diǎn)1～6處的減薄最為明顯，速率最大可達(dá)1.84 mm/a，腐蝕過快。結(jié)合圖1分析可知，以汽液相界面為分界，測(cè)點(diǎn)1～6位于閥體內(nèi)腔的上半部分，該部分介質(zhì)為蒸汽;而與測(cè)點(diǎn)1～6相對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)13～15，處于閥體內(nèi)腔的下半部分，此處介質(zhì)為冷凝水(相比于冷凝水，蒸汽對(duì)閥體的腐蝕能力更強(qiáng))。同時(shí)，隨著冷凝水的不斷積累與排出，浮子在蒸汽側(cè)反復(fù)與凸臺(tái)出口處的閥體發(fā)生摩擦，進(jìn)一步加快了閥體蒸汽側(cè)的腐蝕。因此，蒸汽側(cè)的測(cè)點(diǎn)1～6處的減薄最為明顯，容易導(dǎo)致安全隱患。

圖2　103PU疏水閥切剖視圖

為了驗(yàn)證上述壁厚測(cè)定結(jié)果，對(duì)檢測(cè)閥門103PU進(jìn)行了切剖檢查,如圖2所示。由圖可知，閥體減薄區(qū)域主要在圖中的1～6號(hào)箭頭處，均位于閥座下游位置，目視可見測(cè)點(diǎn)2減薄明顯，說明此類型閥門的易腐蝕點(diǎn)位于閥體凸臺(tái)靠近出口的蒸汽側(cè)處。因而，切剖試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了此壁厚檢測(cè)方案的有效性與準(zhǔn)確性。

4　結(jié)論

根據(jù)微型探頭與常規(guī)探頭結(jié)合使用的超聲測(cè)厚方案，對(duì)某核電廠的在役浮球式疏水閥進(jìn)行了壁厚的超聲檢測(cè)及閥體切剖驗(yàn)證試驗(yàn)。結(jié)果表明，疏水閥在閥體凸臺(tái)靠近出口的蒸汽側(cè)處減薄明顯，屬于易腐蝕點(diǎn)，其腐蝕速率達(dá)到1.7～1.84 mm/a。因此，文章所提的測(cè)厚方案準(zhǔn)確、有效，為核電廠疏水閥的防泄漏、預(yù)防性維修提供了依據(jù)，對(duì)核電機(jī)組的安全運(yùn)行具有積極意義。

[1]趙亮,王東林,韋華,等.國內(nèi)蒸汽疏水閥使用現(xiàn)狀及其管理探討[J].石油化工設(shè)備,2010,39(2):48-51.

[2]白瑛華,賈紅軍.蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)中常見問題的解決與探討[J].化學(xué)工程師,2008,22(12):54-56.

[3]席增雪.疏水閥在蒸汽系統(tǒng)的應(yīng)用[J].機(jī)電信息,2005,104(20):32-33.

[4]于海波,國金蓮.再熱器疏水閥流體性能的分析[J].電站輔機(jī),2013,34(2):42-44.

[5]田雙.超聲波測(cè)厚儀在壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].無損檢測(cè),2008,30(10):769-770.

[6]崔錦文,王飛.鍋爐水冷壁管減薄的檢驗(yàn)[J].無損檢測(cè),2014,36(12):81-81.

[7]梁鵬飛,張繼榮,匡立中,等.核電壓力管道表面粗糙度對(duì)超聲波測(cè)厚數(shù)據(jù)的影響[J].無損檢測(cè),2013,35(9):49-51.

Wall Thickness Ultrasonic Testing and Thinning Cause of Float Drain Valve

JIANG Bo, OU Peng, QIAO Bao-hong, CHEN Chao, YANG Zhen-ke

(Suzhou Nuclear Power Research Institute Co., Ltd., Suzhou 215004, China)

Float drain valves, which are widely used in heat exchange systems of nuclear power plants, occasionally have corrosion and leakage problems that lead to unsafe and unstable operation. A thickness detection scheme, combining miniature probe with normal probe, was proposed to detect the thickness of the in-service float drain valves in a nuclear power plant, and the related prone corrosion points and corrosion rate were also studied in this paper. Combined with valve cutting experiment, the study reveals that the thickness detection scheme is feasible and effective.

Drain valve; Wall thickness detection; Thickness thinning analysis

2015-11-24

蔣波(1987-),男,工程師,主要從事核電廠特種設(shè)備的在役檢查工作。

蔣波, E-mail: boj0621@163.com。

10.11973/wsjc201606008

TM623.7

A

1000-6656(2016)06-0033-03